Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động đất

Sau thời gian học tập và làm luận văn, được sự giúp đỡ nhiệt tình cua các thay, cô giáo trong trường Dai hoc Thuỷ lợi, các cán bộ, nhân viên thư viện trường

Đại học Thuỷ lợi Tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động

Các kết quả trong luận văn là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình tính toán xác định mặt cắt của đập bê tông trọng lực xây dựng trong vùng có động dat Do thời gian va kinh nghiém han ché nén trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ kỹ thuật còn ton tại một số van dé can tiép tục nghiên cứu Tac giả rất

mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thay cô giáo và các bạn đồng nghiệp.

Tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thay giáo - GS.TS Nguyễn Chiến đã nhiệt tình hướng dẫn, cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình lam luận văn Xin chân thành cảm ơn các thây, cô giáo khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ lợi, và bạn bè đồng nghiệp đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập nghiên cứu để tác giả hoàn thành tốt luận văn.

Sau cùng tác giả xin cảm ơn bạn bè và những người thân trong gia đình đã động viên, khích lệ trong quả trình nghiên cứu và làm luận văn.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 02 năm 2014

Tác giả

Nguyễn Duy Hưng

“Tên tôi là Nguyễn Duy Hung, tôi xin cam doan đây là công trình nghiên cứucủa rên tôi Những nội dung và kết quả trình bày rong luận văn là trung thực và

chưa được ai công bd trong bắt ky công trình khoa học nào

TÁC GIÁ.

Nguyễn Duy Hưng.

VIỆC XÁC ĐỊNH MAT CAT DAP 3

1.1.Tổng quan về xây dựng đập b tông trong lự trên thé giới vàở Việt Nam .3

1.1.1.Tổng quan về xây dựng đập bê tông trọng lực trên thé giới 31.1.2 Tinh hình xây đựng đặp bê tông trọng lục ở Việt Nam, 71.2 Hình dang và kích thước mat ct đập bê tông trong lực 9

1.3.Anh hưởng của động dat đến ôn định và độ bền của đập 10

1.3.1 Nguyên nhân gây ra động đất 10

1.3.2.Một số khái niệm về động dat 1 1.33, Ảnh hưởng của động đắt đến ôn định và độ bn của dip la

1.4 Về các chỉ tiêu thiết kế đập bê tông 141.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 14

'CHƯƠNG 2 :CO SỞ LÝ THUYET VE XÁC ĐỊNH MAT CAT HỢP LY CUA DAP BE TONG TRONG LUC 15 3.1 Các tiêu chỉ để xác định mặt cắt hợp ý 15

2.1.1, Đảm bảo yêu cầu ky thuật 15

2.2.Tinh toán dip có mặt cắt cơ bản hình tam giác 16 2.2.1 Hình dang mặt cắt cơ bản” 16

2.2.2 Xác định bề rộng đáy mặt cắt hình tam giác 172.3.Xée định các thong số của mặt cit hình đa giác 20

2.3.1 Dạng mặt cắt đa giác ” 20

-33.2.Các bước xác định mặt cắt kin tế của đập bê tông trọng lực 212.4.Ap dung tính cho các đập có chiều cao khác nhau 22.4.1 Xác định phạm vi nghiên cứu 222.42 Tinh toán cho đập có mặt cất hình tam giác, 23

2.4.3 Tính toán cho đập có mặt cắt hình đa giác, 27

2.5 Nhận xét các 30

'CHƯƠNG 3: KIEM TRA DIEU KIỆN AN TOAN CUA DAP THỰC TE KHI CÓ

3.2.3.Lya chọn phương pháp và phần mềm tính toán ứng suất đập.

3.3 Áp dung tính toán kiếm tra an toàn cho các dạng mặt cắt dap khi có động đắt.

3.3.1 Các thông số ding dth toán.3.3.2 Các trường hop tính toán.

3.3.3.H¢ số an toàn!

3.3.4, Kết qua tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam.

3.3.5, Kết qua tinh toán theo tiêu chuẳn Mỹ

3.4.Nhan xétqua nh toán

3.5 Kết luận chương 3.

'CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN AP DỤNG CHO DAP SƠN LA

4.1.Gi6i thiệu công trình thủy điện Sơn La.4.1.1.Vj bí, nhiệm vụ công trình

4.1.2.Thanh phin công trình đầu mỗi

4,1.3,Cúc thông số thiết kế đập Sơn La

4.2.Tinh toán Iya chọn mặtđập4.2.1 Mat cắt cơ bản.

4.2.2.Mat cắt thực tế

4.3.Kiém tra an toàn của đập khi có động đắt theo các phương án-4.3.1.Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam,

4.3.2.Tinh toán theo tiêu chuẩn Mỹ,

1 CÁC KET QUA ĐẠT ĐƯỢC CUA LUẬN VĂN, 2 MOT SO DIEM CON TON TAL

3 HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CUU.

85

Bảng 1.1 Bảng thống ké một số đập bê tông được xây dụng ở Việt Nam,

Bảng chuyển đổi trơng đương giữa các thang động dit"!

Bảng chuyển đổi từ định gia tốc nền sang cắp động dat!

Thông số mặt cắt đập ứng với F= 06 và chiễu cao h

Thông số mặt cắt đập ứng với f= 0,7 và chiều cao h.

Thông sé mặt cắt đập ứng với F~0,8 và chiễu cao h “Thông số mặt cắt của đập dạng tam giác.

“Thông số mặt cắt cơ bản của đập dang da giác Bảng gia tốc nền tương ứng với động đắt

Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn Mỹ.

Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam

Hg số an toàn theo tiêu chun Mỹ

Bang kết qua tính toán én định, trượt, lật, và ứng suắt theo TCVN(Trường

Bảng kết quả tính toán én định, trượt,

Bang.3.15: Bảng hé số &, m, n, sau khí tiến hành giám n 6 Bảng 3.16 Bảng kết quả tính toán ổn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường.

hợp 5, OBE), sau khi thay đổi hệ số n 6Bang 3.17.Bang kết quả tinh toán ôn định, ứng suất theo tiêu chuẩn Mỹ (Trường.hợp 6, MCE), sau khi thay đổi hệ số m 64

Bảng 4.1 : Bảng thông số chính chi iêu thiết kể thay điện Son La 68

Bảng 42:Cúc đặc tinh vật liêu và nề theo tiêu chuẩn Việt Nam, 76Bảng 4.3 Chỉ tiêu cơ lý của BT RCC thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam 77

Bang 4.4: HỆ số an toàn theo tiêu chuẩn Việt Nam T17 Bảng 4.5: Bảng kết quả tinh toin dn định trượt, it, và ứng suất theo TCVN 77

Bang 4.6: Bang gia tốc nền tương ứng với động đất 78

và nên theo tiêu chain Mỹ, 29

êu chuẩn Mỹ 80

Bảng 4.9: Bang kết quả tính toin dn din, ứng suất theo tigu chun Mỹ 80

Bảng 4-10 : Bảng so sắnh kết quả tính toán, s2

Hình 1.1 Biểu dé xây dựng đập lớn trên toàn thé giới (1900-2000).

Hinh 1.2 : Đập Grande Dixence nhị từ hạ lưu

Hình 1.3 : Toàn cảnh đập Tam HiệpHình 1.4 : Toàn cảnh đập haipuHình 1.5 : Toàn cảnh đập Guui.Hình L.6 : Toàn cảnh đập Tucuni.

Hình 1.7 : Toàn cảnh đập Sơn La nhìn từ hạ lưu

Hinh 1.8 Toàn cảnh đập Bản Vẽ nhìn từ hạ lưu

Hình 1.9 :Các dang mặt cắt của đập bê tông trọng lực 10

Hình 1.10, Vất sấy trên trởng chấn i đập Tứ Bình Bạc (Zipingpu) ti nh Tứ

Xuyên ~ Trung Quốc.

Hình 2.1: Sơ đỗ tính toán mặt cắt cơ bản dang tam giác Hình 22 : Mặt ct đa giác ding để tính toán

Hình 2.3 : Các đường quan hệ A, m, ơ”, = fịn) ứng với một giá trị của &

Hình 2.4 : Tinh toán chọn š, n, m của mặt cắt đa giác đập bê tông trọng lực

Hình 2.5: Biểu đỗ quan hệ n~

Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ B-h,

Hình 2.7: Hình v tính toán mặt cắt đa giác

Hình 2.8: Sơ dé các lực tác dụng vào mặt cắt tinh toán,

Hình 3.1: Matt đập thủy di

Hình 3.2: Mặt cắt đập thủy điện Sê San 4.

Hình 33: Mặt ct dp thủy điện Đẳng Na 3

Hình 3.4: Mặt cắt đập thy điện Sông Tranh 2Hình 3.5: Mặt ct đập thấy điện Bản ChitHình 3.6: Mi ct đập thủy điện Sơn La

Hình 3.7: Hình dang dao động riêng.

Hình 3.12: Sơ đồ mặt cắt tính toán đập dạng đa giác Hình 3.13: Biểu đồ quan hệh,f ng với 0,7

Hình 4.1 Vịt xây dng thủy điện Sơn La

Hình 42 : Các phương án mặt cắt thực tế của dip Sơn LaHình 43 : Sơ đồ tinh toán PAL

Hình 4.4 : Sơ đồ tính toán PA2

Hình 45: Mit cét ngang đập theo kết quả tính toán của luận vin

Hình 4.6: Mặt cắt ngang đập của tư vin thiết kế PECCL

1.Tính cấp thiết của ĐỀ ài:

Nước ta có 2360 con sông có chiều dài trên 10km, trong đồ có 9 hệ sông chính và điện tích lưu vực hơn 10.000 km” Tổng lượng dòng chảy trong năm 835 tỷ mm’, Đây là nguồn tải nguyên dỗi dio nhưng lại phân bổ không đều cả về không giam

và thời gian, khoảng 70+75% lượng dong chảy năm tập trung vào 3-4 tháng mùa.mưa Trong dé 3 thing mùa khô chi chiếm 58% Vì vậy vào mùa mưa thi gây lũ

lụt côn mùa kiệt thì gây han hin khắc nghiệt cho một số khu vực Với điều kiện tự nhiên của nước ta như đã nêu trên và nhu cầu ding nước, nhủ cầu phòng lũ thì

biện pháp xây dung hồ chứa để điều tiết nước là biện pháp thủy lợi phổ biến và hiệu

quả Nó đáp ứng đa mye tiêu, cung cắp nước cho sinh hoạt, nông nghiệp, cắt lũ cho

hạ lưu, phát điện, nuôi trồng thủy sản.

Theo con số thống kế của Bộ NN & PTNT năm 2002 cả nước có 1967 hồi

(dụng tích mỗi hỗ trên 2.10°m), Trong đồ 11 hỗ thủy điện có tổng dung tích 19 tý mm côn lại 1956 hồ thủy nông với dung tích 5.842 tỷ m` Nẵu chi tính hồ có dung tích 1 triệu mỶ trở lên thì nước ta có 587 hỗ có nhiệm vụ tưới là chính Da số các

đập được xây dựng ở nước ta sử dụng bằng vật liệu dia phương như đập đất, đập đó

43, đập đắt đá hỗn hợp Đập đất là loại dip được xây đập sớm nhất và tới nay

vẫn côn được ứng dụng rộng ri nhờ những tu điểm của nỏ Ngoài ra dp bê tông,bê tông cốt thép cũng là những loại đập được xây dựng phổ biến.

Đập bê tông đã được xây dựng từ rắt lâu trên thể giới Ở Việt Nam đập bề tông được phát triển và xây dựng khả nhiều Một số dip lớn da, đang dược xây dựng như: Định Bình, Sông Tranh, Sơn La, Lai Châu Việc tính toán chọn mặt cắt

cho dip là công việc quan trọng và cỏ ảnh hưởng lớn tới sự làm việc của đập saunày Công vie tỉnh toán đòi hỏi người thiết k& phải lựa chọn được ede trường hợpb loi, nguy hiểm để tính toin, Trong các trường hợp bắt lợi thì trường hợp đập chịu tác động của động đất là phức tạp và việc tính toán gặp nhiều khó khăn

việc tính toán thiết kế, lựa chọn mặt cắt cơ bản của đập bê tông trong vùng có động.

cất là hết sức cin thiết

lục đích của Đề tài:

“Nghiên cứu đưa ra được dang và kích thước mặtit hợp lý cho đập bê tôngtrọng lực xây dung trong vũng có động đắt, tương ứng với các chiều cao đập khác

nhau, làm cơ sở lựa chọn phương án khi lập dự án và thiết kế đập bé tông trọng lực 3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

~ Tiếp cận thực ế: các đập đã xây dựng trên thể giới và ở Việt Nam

- Tiệp cận lý thuyếc cơ sở tính toán mặt cắt đập theo các tiêu chuỗn v én định.

độ bền, kinh tế.

Phương pháp nghiên cứu: tính toán mặt cắt đập với cúc cao trinh khác nhau,

trong vùng có động đất, dựa vào lý thuyết về én định, độ bền, sử dụng mô hình toán và phần mễm CADAM

4 Kết quả đạt được:

~ Cơ sở lý thuyết xác định kích thước hợp lý của mặt cắt đập bê tong

- Đưa ra mặt cắt hợp lý cho dip bê tông trong lực trong vùng có động dit, với

những chiều cao khác nhau.

VA VIỆC XÁC ĐỊNH MAT CAT DAP

1L1-Tổng quan về xây dựng đập bê tông trong lực trên thé gi Việt Nam.

1.1.1.Tổng quan về xây dựng đập bé lông trọng lực trên thể gi

Đập bê tông trọng lực là loại đập được xây dựng ở nhiều nước trên thể giới Ra đời sau đập đất và không pho biển rộng như đập dat, nhưng đa số các đập cao tiên 100m là đập bê tong Theo thống kê của Hội đập cao thể giới (COLD), tính (đến năm 2000, trên thể giới đã có khoảng 45.000 đập lớn phân bố ở 140 nước, “Nước có nhiều đập nhất trên thể giới là Trung Quốc với 22.000 đập chiếm 48% số đập trên thé giới Đứng thứ hai là Mỹ có 6.575 đập Đứng hàng thứ ba là Ấn Độ có 4.291 đập, sau đó là Nhật Bản với 2.675 đập, tiếp đến là Tây Ban Nha có 1.196 đập Việt Nam cổ gần 500 đập đứng thứ 16 trong các nước có nhiễu đập cao trên thé

giới Hiện nay đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng số các loại đập

.đã được xây dựng trên thé giới Với đập cao trên 100m, đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 30% Tốc độ xây dựng đập cao trên thể giới cũng không đều Thông kê đập xây dựng từ năm 1900 đến năm 2000 ta thấy thời kỳ xây dựng nhiều là những năm.

1950, Đỉnh cao là năm 1970 Tinh hình này cũng xây ra tương tự ở vùng xây dựngnhiều đập như ở Châu A, Bắc Mỹ, Tây Au,

“Theo con số thống ké đập ở 44 nước của ICOLD-1997, s6 đập cao 15z30m

chiếm 56.2%, đập cao hơn 30m chiếm 23.8%, đập cao hơn 150m chỉ có 0.1%.

Tình 1,1 Biễu đồ xây ng đập lớn trê toàn th giới (1900-2000)

chiều cao lên tới 285m Đập được xây dựng trên sông Dixence, một phụ lưu trên

thượng nguồn Rhone trong vùng núi Alpes phía tây nam Thụy si, gần biên giới với

nước Pháp

Hình 1.2 : Đập Grande Dixence nhìn từ hạ lưu:

Dap Tam Hiệp (Trung Quốc) được xây dựng trên sông Dương Tử tại Tam Đấu Bình, Nghĩ Xương tinh Hồ Bắc, Trung Quốc Chiầu đài hồ (theo sông): 660 km.

Số 1d miy phát điện: 26 tỗ máy, công suit mỗi tổ 700 MW

ng suất phát điện tiết kế: 18.200 MW

Điện lương: 84,3 tỷ kWh,

Đập Itaipu (Biên giới Brazil và Paraguay) được xây dựng trên sông Parana.

Chiều dai đập 7235m,

Hinh 1.5 : Toàn cảnh đập Guri

Đập Tucurui (Brazil) là một đập bê tông trong lực được xây dựng trên sông

Tocantins nằm ở huyện Tueunti, Brazil Chiêu cao đập: 78 m.

Chiều dài đập: 6900 m

“Thời kì trước năm 30 của thể kỹ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập bể tông trọng lực nhưng môi chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng Sm dén 10m, chưa có những đập lớn Các đập có kết cấu đơn giản, thi công nhanh bằng thủ công,

kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam, tinh Phú Yên do đặc điểm thủyvăn của sông Đà Ring Phần lớn công việc từ th « kế, chi đạo thi công là do các ky

ptr châu A

kết quả nghiên cứu của nước ngc

sur Pháp thực hiện, xi ming ni cắp phi bề tong chủ yêu dựa vio các

chưa có những giải pháp và công nghệ phù hopvới Việt Nam.

Giai đoạn từ năm 1930 đến 1945 người Pháp tấp tục xây đựng ở nước ta một số đập bê tông trong lực như đập ding Đô Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước tưới, đập Day ở Sơn Tây có nhiệm vụ phân lũ, một số dip dâng nhỏ khác như đập

dâng An Trạch ở Quảng Nam

Bang 1.1 Bảng thẳng ké một số đập bê tông được xây dung ở Việt Nam(Giải đoạn trước năm 1945

Một số đập bê tông lớn được xây đựng ở Việt Nam(Giai đoạn trước năm 1945)

TIT |Tên Địa diém xây dựm Năm xây dụng

1 |CũuSơn Sông Thương-Bắc Giang 1902

2 | Lién Son Sông Phó Day 1914-19173 | Bai Thượng | Sông Chu- Thanh Hida 19204 | Thác Huỗng — | Sông Clu- Thai Nguyen 1922-1939

3 [Đồng Cam — | Sông ĐìRằng-PhúYên 1925-19296 [Đô Lươm Sông Ci- Nghệ An 1934-19377_[Bip Biy Sông Đầy: Hà Tây 1934-1937

Gini đoạn từ 1945 đến 1975, đắt nước có chiến tranh nên xây dựng thủy lợi

bị hạn chế, nhưng cũng xây đựng được một số tràn thắp như tràn thủy điện Thác Ba,

đập trin thủy điện Cẩm Sơn, Ba Nhì

mối các công trình thủy lợi, thủy điện như: Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông,

PleiKrong, Sẽ San 3 và Sẽ San 4, Bản Vẽ, Ha Bình, Tuyên Quang Sơn La là

những đập bê tông với khối lượng hang triệu mỶ bê tông, chiều cao từ 70-138m.

Việt Nam đã và đang sử dụng thành công kĩ thuật và công nghệ hiện đại để xây

dmg các đập bê tông trong lực có quy mô cả về chiều cao và khối lượng bê tông

ngủy một lớn hơn.

Một số đập bê tông trong lực được xây dựng ở Việt Nam

Đập Son La là đập bê tông trọng lực nằm trên dong sông Đà tại địa phận xã

Ít Ong, huyện Mường La, tinh Sơn La

Chiêu cao đập: 138 m, Chiéu dai đập: 1.000 m

ink thúc: Đập bê tông trọng lực, Tổng dụng tích hổ: 926 tỷ m Dung tích phòng lũ: tỷ mÌ, Diện tích mặt hỗ: 224 km?

Số tổ máy phát điện: 6 tỗ máy, công suất mỗi tổ 400 MW ing suất phát điện thi kế: 2400 MW

Điện lượng: 10227 tỷ kWhinăm.

Chiều cáo đập: 137 m Chiều dai đập: 509 m

Hinh thức: Dap bê tông trọng lực.

Tổng dung tích hỗ: 1.8 tỷ mồ

Số tổ máy phát điện: 2 tồ mây, công suit mỗi tổ 320 MW ng suất phát điện tiết kế: 640 MW.

Hình 1.8 : Toàn cảnh đập Bản Về nhìn từ hạ lưu.

1.2 Hình dang và kích thước mặt cắt đập bê tông trọng lực.

Mặt cắt dip là phần giao cắt giữa thân đập và mặt phẳng thing đứng vuông óc với trục đập Ban đầu mặt cắt đập bê tông trong lục có dang hình thang hoặc

hình chữ nhật Ngày nay, việc áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào thế

‘cing đập bê tông trọng lực mặt cắt các đập đã được thiết kế dạng hình cong hoặc đa giác Các đập nhỏ, kết ấu đơn giản dạng mặt cắt hình thang vẫn thường được sit

Hình dang và kích thước mặt cắt dp bê tông trong lực phải đảm bảo đủ về

cường độ chịu Ine, ổn định về chẳng trượt và đảm bảo điều kiện kinh tế Trong nghiên cứu và tinh toán thiết kế mặt cất đập bê tông trong lực thì mặt cắt được chọn pho biển nhất là mặt cắt dang tam giác,

tiếp giữa đập với nén và bở, tạo các khe rộng trong thân đập

8) h)

Hình 1.9 :Các dang mặt edt của đập bể tông trọng lực 1.3.Anh hướng của động dit đến ồn định và độ bền của đập.

1.3.1 Nguyên nhân gây ra động đắt Động đất hay địa chế

‘dao động đàn hồi Động đất có nỉ

là sự nung động mạnh mẽ của vỏ quả đất dưới dang các

u nguyên nhân: nội sinh, ngoại sinh và nhân sinh.

-Nội sinh: liên quan đến vận động phun tro núi lửa, do sập đồ trần các hang

động ngằm, do sự cọ xát của các mảng thạch quyền đại dương đang bị hút chim

xuống dưới một mảng khác, do hoạt động đút gay địa chin bên trong các mảng lục địa

- Ngoại sinh: do thiên thạch va chạm vào ri đất, các vụ trượt lở đắt đá với khối lượng lớn.

- Nhân sinh: do các vụ thử hạt nhân ngằm dưới đắt, các hoạt động xây dựng

hồ chứa làm mắt cân bằng trọng lực môi trường, do bơm hút nước ngằm, khí đốt gây sup đỗ ngằm đưới đất

Động đất ở Việt Nam thuộc kiểu do hoạt động của đút gây tạo ra, đều có

chấn tiêu (âm phát sinh động dt) nông, thường ít sâu quá 20km Nước ta không có núi lửa đang hoạt động nằm rắt xa các đới hút chìm và đới dồn mảng nên không có kiểu động đất liên quan đến cấu trúc nảy như ở Nhật Bán, Philipin, Inđônêxia, hay

vùng núi Himalaya,

1.32 Một số khái niệm vẻ động đắt

1.8.2.1 Chân tâm, chấn tiêu

- Nơi phát sinh dich chuyển của động đắt được gọi là chắn tiêu (hoặc lò động

<4), Hình chiu của chin tiêu lên mặt đắt sợi là chấn tâm của động đ

= Độ su chắn tiga H à khoảng cách từ chn tiêu lên mặt đất, túc là khoảng cách giữa chắn tiêu va chin tâm Khoảng cách chin tiêu là khoảng cách từ một điểm bất ky trên một đất đến chất u (còn gọi là tiêu cự, ký hiệu là A), Khoảng

cách chin tâm của một điểm là khoảng cách từ điểm đó đến chắn tâm (còn gọi là

tâm cự, ký hiệu là D).

- Chin tiêu ở độ sâu 300-700Km gọi là chấn tiêu sâu, chắn tiêu trung bình60-300Km, c

nhất đo được là 720Km ở Florida (Mỹ) Động đất có sức tàn phá lớn nhất là động,

nh thường <60Km, chin tiêu nông <1SKm Chin tiêu sâu dit chắn tiêu nông, toàn bộ năng lượng được giải phóng là 15% năng lượng đàn hồi

tích lũy.

1.3.2.2 Biểu dé động dat

Biểu đồ chỉ lại chuyển động nén theo thời gian được go là biểu đồ động đất bao gdm các loại biểu đổ: chuyển vị (mm), gia tốc (ws), vận tốc (ans) Biểu đồ

thời là số liệu để suy ra các thông số quan trọng trong thiết kế kháng chin 1.32.3 Thang động đắt và cắp động đắt

Hiện nay trên thể giới có rất nhiều thang động đất, nhưng phổ biển nhất vẫn

là các thang do cơ bản sau:

‘Thang Richter: đo độ lớn hay mức năng lượng mà động đất phát ra, được.

tính bằng Magnitude (M) Một Magnitude bằng một độ Richter.

Cường độ động dit được đặc trưng bởi tỉ số gia tốc din chin a, mô tả hiện tượng động dit thông qua chuyển vi, gia tốc, vận tốc của mặt đất khi động đất di ‘qua, xác dinh theo cấp động đất dại diện là các thang: MMI (12 cấp), MSK (12 cấp), JMA (8 cấp)

“Theo thang quốc tổ MSK con người không thé nhận biết chẩn động cấp 1-2 cắp 3-4 sẽ gây rung động nhẹ và cấp 6-7 làm chao đảo mặt đắt, chin động cấp 7 trở

lên sẽ gây thiệt hại lớn

Bảng 1.2: Bảng chuyên đổi tương đương giữa cúc thang động đất”

oP GORE Magnitude | JMA Merkaly vane —

Gia tốc cực đại của một trận động dat là gia tốc lớn nhất của chuyển động

nên đất trong tận động đất đó Gia tốc cực đại là đại lượng rất quan trọng, được,

dùng trong tắt cả các tiêu chuẩn kháng chắn hiện nay,

Xác định chỉnh xác gia tốc cực đại ở một điểm nào dé là điều không dễ ding

vi thiểu biểu đồ gia tốc động đất mạnh và vi inh da dạng của dao động địa chấn, Vi

vây người ta thường sử dung các bing ghi gia tốc dao động nén đất đã có để thiết lập mối tương quan thống kê giữa các gia tốc cực đại trung bình và các đặc trưng

khác của dong,

Bảng 1.3: Bảng chuyển dite đình gia tốc nên sang cắp động at’!

Tang ISK Tag

SP | Dmgbsúenineg | COREE | Dinh nn oe

v 90E8ồ— fv OnE a

w 2003.006 vi 007

wt Aeais—T—M nasuit shies ut 02530

x Sizes x oanš sit x had

1.3.3 Ảnh hưởng của động đất đến bn đnh và độ bên của đập

- Khi xây ra động đất, do ảnh hướng của sóng địa chin, nén phải chịu các lực kéo, nén, xoắn, Kết quả, nên có thể bị lồn, nứt, hoặc bi phá hoại hoàn toàn không

đâm bảo cường độ, dẫn tới phát sinh ác vất nút trong dip, hoặc làm cho đập bịtghiêng, chuyển vị về phía hạ lưu Tắt cả các hiện tượng trên làm cho đập bị n

định và bị hư hỏng.

- Khi động đất xây ra, do ảnh hưởng của sóng địa chắn, nên chưa bi phá hoại,

cường độ vẫn đảm bảo nhưng đập và nền sẽ xuất hiện các phản ứng (chuyển vị, vận tốc, gia the), Như vây ứng suất chuyển vị tia dp sẽ bị thay đối dẫn ới vượt quá

các tị số ứng suất, chuyển vịnh trước lúc xây ra động đất Khi vượt quá ứng suất,chuyển bịới hạn cho phép thi đập sẽ bị mắt én định và phá hoại.

đập khi xảy ra động đất Ap lực nước, sóng phía thượng lưu tăng thêm do động đắt, thay đội tinh chất cia khối đất đó, hóa „ hóa lông, chuyển bi, trượt đất hay

ác chuyển vị bé mat khác

Do tác hai to lớn của động đất đối vớ sông trình xây dựng nối chung và đập

bê tông trọng lực nồi riêng, mà hiện nay kh thiết kế các công trình xây dụng nói

chung và công tình thủy lợi nói riêng trong vùng có nguy cơ xây ra động đất ngườita da đưa ra nhiều phương pháp tỉnh toán cũng như các chỉ tết cắu tạo nhằm đảmbáo an toàn cho công trình.

Hình 1.10 Vér gay trên uring chin tại dip Từ Bình Bạc Zipingpy) tại ink Ti inn ~ Trang Quốc

1.4, VỀ các chỉ iêu thiết kế đập bê tông

Các chỉ iêu thiết kế đặp bể tổng được quy định chỉ it và ey thể trong các tiêu chuẩn, quy chu uy phạm như:

= Quy chuẳn Việt Nam (QCVN 04 - 05 : 2012/BNN&PTNT) " - Tiêu chuẩn ngành (TCVN 9137-2012)!

- Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCVN 9386:2012) ©Giới hạn phạm vi nghiên cin

"Nghiên cứu này di sâu vào nghiên cứu xác định mặt cắt đập bê tông trọng lực

được xây dựng trên nên đá có cường độ đảm bảo Các đặc trưng địa chất nền va cap

động dit trong luận văn được giới hạn rong phạm vi qui định của tiêu chuẩn Việt

Nam Việc tính toán xác định mặt cắt của đập bê tông được dựa trên những lý

thuyết và phương pháp đang được ấp dụng phổ

Vi XÁC ĐỊNH MAT CAT HỢP LÝ CUA DAP BÊ TONG TRONG LỰC

2.1.Cic tiêu chi để xác định mặt cắt hợp lý.

Tiêu chi để xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trọng lực là đảm bảo các:

yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế

2.1.1 Đảm bả yêu cầu kỳ thuật:

2.1.1.1 Yêu câu về độ bên

“Trong tính toán xác định mặt cắt hợp lý của đập bê tông trong lực, đảm bio

yêu cầu về cường độ là vấn đề rit quan trong Nó ảnh hướng trực tiếp tới sự lâm

việc an toàn của đập, nếu cường độ vượt quá giới hạn cho phép thi sẽ làm cho công

trình bị phá hoại Tiêu chuẩn để xác định độ bền của vật liệu bê tông là cường độ

kéo và nén giới hạn (Ry, Ra) Tuy nhiên, vật liệu bê tông có khả năng chịu nén lớnhơn nhiều so với chịu kéo, nên điều kiện bén thường do ứng suất kéo quyết định

Trong tính toán, cin phải xét đến các trường hợp làm việc khác nhau cia

đập, Vi dụ khi hồ đầy nước thì ứng suất kéo xuất hiện ở biên thượng lưu đập, còn khi mới thi công xong và có động đất thì ứng suất kéo có thể xuất hiện ở biên hạ lưu

2.1.12 Yêu cầu về dn định

Đảm bảo về én định chống trược: Do điều kiện làm việc là thường xuyên

chịu tác dung của ấp lực nước dy ngang rất lớn, nên đập bé ting trọng lực có th bị

mắt ổn định, lật, diy nỗi Ở đây xét các đập bê tông có chiều cao lớn (tên 60m),

nên điều kiện chống đấy nổi được đảm bảo Với đập bê tông trên nén đi, khi không chế ứng suất ở thượng và hạ lưu ở các mặt cắt ngang không vượt quá ứng suất cho

phép trong điều kiện lim việc bình thường thì điều kiện lật sẽ không xảy ra Do đó.

khả năng mắt dn định đầu tiên cần xem xét là trượt theo mặt nào đó, Có thé mặt tiếp

giáp giữa đập và nén, mat nằm trong nén, hay trong đập Khi tính toán cần căn cứvio các trường hợp làm việc cụ thể của hỗ chứa, chỉ tiêu cơ lý của địa chất, và cácđiều kiện khác để đảm bảo điều kign ôn định về chống trượt

tông trọng lực, mục tiêu chung của các nghiên cứu là nâng cao độ an toàn cho đập

và giảm khối lượng xây dựng đập Từ yêu cầu trên mà hình dang mặt cắt đập bé

tông trong lực thực tế khá da dang.

3.3.Tính toán đập có mặt cắt cơ bản hình tam giác

2.2.1, Hình dang mặt cắt cơ ban!”

Mit cắt cơ bản đùng để tinh toán là mặt cắt có đạng hình tam giác ABC (hình 2.1), cổ chiều dii đơn vi Im tết điện ngang, chiều cao him), chiều rộng đáy là B, hình chiếu của mái thượng lưu lên mặt bằng là nB, của mái hạ lưu lên mặt bằng là

(1-a)B, trong đó n<l, tinh toán với trường mực nước thugng lưu ngang đỉnh đập, hạlưu không có nước Tai tong tinh toán bao gồm trọng lượng bản thân G¡ áp lực

nước nằm ngang và thing đứng tác dụng lên mái thượng lưu đặp là W1, W2; áp lực thắm tác dụng lên đáy đập Wo; được thể hiện chỉ tết như hình 2-1

Wy A

Hình 2.1: Sơ dé tính toán mặt cắt cơ bản dang tam giác

Mặt cắt cơ bản được tính toán theo ba điều kiện.

-Di kiện ôn định đảm bảo hệ số an toàn én định trượt trên mặt cắt nguyhiểm nhất, không nhỏ hơn tri số cho phép;

-Điều kiện ứng suất

Thượng lưu: Khi hồ đầy nước không chế dé không xuất hiện ứng suất kéo ở mép thượng lưu hoặc cỗ xuất hiện ứng suất kéo nhưng ứng suất kéo nhỏ hon ứng

suất kéo cho phép;

He lưu: ứng suất chính nén ở mép hạ lưu không được vượt quả trị số ứng suất chính nén cho phép:

-Điễu kiện kinh tế : đảm bảo khối lượng công trình là nhỏ nhất; 2.2.2 Xác định bề rộng đây mặt cắt hình tam giác

Xác định B (bé rộng đáy mặt cắt hình tam giác) theo ba điều kiện ổn định,

ứng suất, và kinh tế, từ ba điều kiện trên B hợp lý nhất được lựa chọn.

2.2.2.1 Xác định chiều rộng day đập theo điều kiện ứng suất

Ung suất theo phương thẳng đứng tác dung lên một mặt cắt ngang của đập cóthể xác định theo công thức nén lệch tâm.

‘etl rong lượng tiếng cia nước và củ vật iu đấp đập:

gu: hệsố áp lực thắm còn lại do tác dung can trở của mang chẳng thắm

Từ biểu thức 2-2 và 2-3 thay vào công thức 2-1 xác định được ứng suấtthượng lưu và ứng suất hạ lưu của đập.

i, =h 7(—n)+yn2—n)~øy~ÿ

Oy

=nhẦy,~7—ny)+7-Khi hồ đẩy nước với điều kiện ứng stpháp ở mép thượng lưu ơ, =0 ta có:

Khối lượng công tình sẽ là nhỏ nhất khi biểu thức trong căn của công thức2-6 dat trị số cực đại, lắy đạo ham theo n và cho bằng không ta được:

Tri số yy có thé lấy bằng 24 khi đồ n 0.2, suy ra mái thượng lưu có độdốc ngược, mặt cắt như vậy dẫn tới khó thi công, Ngoài ra cũng có thể phát sinh

ứng suất kéo trên mặt hạ lưu đập, trong trường hợp vừa thi công xong, hoặc khi thio

cạn hồ để sửa chữa, din tối mặt hạ lưu đập có th bị nứt Vậy mặt cắt đập sẽ bể nhất

khi xuất phat từ điều kiện ứng suất là một tam giác có mái thượng lưu thẳng đứng(n=0) Trong trường hợp,chiều rộng bản đáy đập được xác định theo công thức.

Với tông của dip được xe định heo công thứ (2-8) và mặt cất cơ bản là

„ mái thượng lưu thing đứng n=0, thì ứng suất tại mép biên thượng, hạ lưu

của mật cắt đập có thé tính toán theo các công thức sau: - Khi hồ diy nude: đ„ =0:0y =(7,~#Z)h = Khi hồ không có nước : đụ = Z/Ï;Ø, =O

“Trong đồ : ø là ứng suất phía mép thượng lưu đập

là ứng suất phía mép hạ lưu đập.

“Từ công thức (2-8)với uy = 2.4 và dị =0,5 thì B =0,72h.

Nếu ay = 0 thì B 0,66 Vậy áp lực thắm có ảnh hướng tối chiều rộng B

của đấy đập, cụ thế trong trường hợp không có áp lực thắm chiễu rộng B cña diy

đập nhỏ hơn trường hợp có áp lực thắm dưới nén và khối lượng vật liệu lim đập có thể giảm khoảng từ 10 - 2596 Vi vay cần có các biện pháp công trình để giảm tối

da áp lực thắm đưới đáy đập.

2.2.2.2 Xúc định chic ring di đập theo điều Kiện én định trượt Điều kiện ti thiểu để đảm bảo ôn định của dip

Từ kết quả thu được ở trên dẫn tới kết luận như sau: Khi f>0,7 và áp lực

thắm nhỏ thìrong B của diy đập do điều kiện cường độ quyết định, còn áp lựcthấm lớn thì B do điều kiện ôn định khống chế Để quyết định lựa chọn chiều rộngBaaip hop lý, phải tihành tính toán va so sánh cụ thể, Với nền đá c

sát nhỏ, để thỏa mãn điều kiện ổn định, chiều rộng B của diy đập phải tăng lên

nhiều so với điều kiện cường độ, đồng thời mái thượng lưu nên làm nghiêng (n > 0)

để lợi dung trong lượng nước ở phía trên mãi thượng lưu, ting cường Ổn định cho

đập Tuy nhiên mái thượng lưu không nên quá thoải vì không có lợi cho việc không.

chế ứng suất kéo ở mặt thượng lưu đập Căn cử vào tìm n vừa thỏa mãn điều kiện ứng suit ơ, =0, và điều kiện ôn định trên cơ sở cân bằng hai phương trình 2-6 và 2-11 sau khi biển đổi ta có phương trình 2-12

“rong đó: m,n, là các thông số cin xác định theo điều kiện không chế về n định, độ bên và khối lượng đập là nhỏ nhất

Hình 32 : Mặt cắt da giác đùng để tinh toán

2.32.Củc bước xác định mặt cắt kinh tễ của đập bể tông trong lực -Giả thiết nhiều gi tị Š khác nhau.

n , dựa vào đi

-Với mỗi giá ti lại giả thị ti kiện dn định ching

trược K >[K], tinh được các giá trị m ứng với mỗi trị số n giả thiết lập đường quan

hệ m= f{n) ứng với mỗi & ;

- Ứng với cặp m, nở bước 2 tiến hành tinh toán ứng suất chỉnh ở biện thượnglưu và lập đường quan hệ ơ ;= fin)

-Ứng với cặp m, n ở bước 2, tiến hành tính diện tích A của mặt cắt cơ bản và

thiết lập đường quan hệ diện tích với hệ số mái thượng lưu S=f(n)

Hình 2.3 : Cúc đường quan hệ A, m, 0°; = f(n) ứng với một giả trị của &

thiể) vừa thơa mãn yêu cầu ơn định, ứng suất vừa cho dign tích mặt cắt nhỏ nhất -Lần lượt làm lại các bước tỉnh cho các giá tị E khác nhau, thiết lip các đường quan hệ A, m, ở ; = f{n) ứng với mỗi giá trị khác nhau của š Từ các đường

quan hệ này chọn ra mộttổ hợp & n, m vừa thơa mãn yêu edu ơn định và ứng suất

vừa cĩ dign teh mgt cắt đặp nhỏ nhất, Với tị số tim được xác định được mặt cắt kinh tế của đập,

Hinh 2.4: Tĩnh tộn chọn & n, m của mặt cắt da giác dip bê tơng trong lực 4.Áp dụng tính cho các đập cĩ chiễu cao khác nhau.

24.1 Xác định pham vi nghiên cin

Việc tính tốn được thực hiện cho các dap tương ứng với điều kiện xây dựngở Việt Nam (đã xây dựng hoặc cĩ khả năng xây đựng) Giới hạn phạm vi nghiên

cứu như sau

24.1.1 Chiều cao đập và hệ số an tồn với én định.

“Tính tốn với các giá trị H =40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180 m

“Trong đĩ phân cấp theo QCVN 04- 50 ; 20121

-H>25270 m : đập cấp II, Ke=25

-H> 70100 m: đập cắp I, Ke = 1,30

-H> 100 m: đập cấp đặc biệt, Ke = 1,35

3.4.1.2 Hệ sổ ma sát với nền.

Đập bê tông trọng lực có chiều cao từ trung bình trở lên, được xây dựng trên

nền đá có xử lý để đảm bảo hệ số ma sát giữa đập và nền đạt từ 0,5 trở lên, cụ thé ở

dy xét với các giá tị 06 07; 08.

2.4.1.3 Hệ số cột nước còn lại sai màn chống thắm (4).

Các đập bê tông tề nền đã đều được bổ tri màn chống thắm ở gin đầu mặt cắt để giảm áp lực thắm lên đáy dip, giảm lưu lượng thắm, t số a cho nghiền cứu này lấy giá trị trung bình là ø, = 0.5

3.4.2 Tính toán cho đập có mặt cắt hình tam giác

24.2.1 Xác định chiều rộng diy đập thủa man đồng thải đu kiện dn định

và ứng suất

- Chiều rộng đáy đập theo điều kiện ứng suất Dựa vào công thức 2-6: #

-Chigu rộng day đập theo điều kiện ôn định

ứng với các giá trị K,, É, và ay ta tính được các giá tị C, D, E và từ đồ giải được.phương trình bậc hai với n.

A lả diện tích mặt cắt ngang Ap dụng công thức ta được kết quả như sau Bảng 2.1: B rộng diy mặt cit đập ứng với f= 0,5 và chiều cao h

lễ him) Ke c D E n Bim) | A(m)

Bing 3.2: B rộng diy mặt cắt đập ứng với f= 0 và chẫu cao h

f him) Ke c D E a Bim) A(m)

Bang 2.3 : Bé rộng đáy mặt cắt đập ứng với ƒ = 0,7 và chiéu cao h

f j him) | Ke c D n | Bom) | Am)

Bảng 24 : Bé rong đúy mat cắt đập ing với f= 0,8 và chiéu cao h

f j him) | Ke c D n | Bom) | Aa)

2) Với đập có mặt cit cơ bản dạng tam giác, để thoả mãn đồng thời 2 điều kiện ôn định và ứng suất thi trị số độ nghiêng mái thượng lưu được lựa chọn theo hệ

số ma sit với nén () và chiều cao đập (h)

-Nén đá cảng yếu (mị số f nhỏ) thì cảng phải làm mái thượng lưu thoải (n lớn) để tận dụng trong lượng khối nước phía trên mái thượng lưu làm tăng tính én

định Khi hệ số ma sit nén f=0,8, thì có thể lấy n= 0

-Với mỗi nn đã xác định, trị số n cũng phụ thuộc vào chiều cao dip thông

‘qua hệ số an toàn cho phép Đập cảng cao thì tị số K, cảng phải lớn, do đó trị số ncũng phải tăng (xem hình 2-5)

b) Với tri số n xác định để đồng thời thoả mãn điều kiện ôn định và ứng suất như đã nêu ở trên, và ứng với một loại nền xác định thì quan hệ giữa bề rộng đáy đập (B) và chiều cao (h) gần như theo quy luật tuyển tính (xem hình 2-6)

2.4.3, Tinh toán cho đập có mặt cắt hình da giác.

Hinh 2.7: Hình vẽ tính toán mặt cắt đa giác

Các bước tính toán được thể hiện chỉ tiết ở mục 2.3

“Từ hình vẽ 2.7 thành lập công thúc tỉnh diện tích (A) của mặt cắt ngang.

ll.ĐH 4 m+n(1~£} ] (2-13)fa :

8 ~n(~)M +m = HẦm + n1—#)] 0-19)

¬ _ X6 6dM,

Ứng suất biên thượng lưu = øị = 4°28 (2-15)

“Trong đó: SG = GÌ +G2 +W2 — With (tông các lực thẳng đứng)

MO (Ting mô men của các lục đối với trong âm mặt

"Hình 2.8: Sơ dé các ực tic dụng vào mặt cắt ính toán

Lite ca 2y của e9 1xy ben

= dma y sind gH y, 0-H ny ha, HP [mend 2pm tnd SF Hy +S ny 2a, Hi mond-S)]y

= 3H [mg +n(1~82, tn=#)y ca, Im+nd~2]z] (2-18)

TT Ita+nd~6fy +nd=#z =a,[m+ng=g)|z.rere a on n non l(

+ H —myy,[m=3n(~#)]~n(1~£} 7, [3m—nl—E)]- pny 3m

3[m+nd=Ø} | xz,z [m+nd~@ +27

Điều kiện tối thiểu để dam bảo dn định của đập

K.W.=/S6 6320)

“Trong đó: fla hệ số ma sát giữa đập và nén

Ke là hệ số an toàn én định của đập, phụ thuộc vào chigu cao đập Từ công thức 2:21 tà có th vit lạ:

Ke ng—zy 2 -nl-E*) + qnll-£)

moL x (2-23)

“Tính toán theo công thức đã thiết lập 6 trên được kết quả như bảng sau: Bảng 2.5 Thông số mặt cắt đập ứng với f= 0,5 và chidu cao h

2.5 Nhận xết các kết quả tinh toán

Tir kết quả tính toán được ta có những nhận xét như sau:

So sinh diện ích mặt cất A của mặt cất tam giác (các bằng 2-1 đến 2-4) và mặt cắt đa giác (các bảng 2-5 đến 2-8) tương ứng cho thấy về cơ bản trị số A theo mặt cắt da giấc nhỏ hơn so với mặt cắt am giác Điễu này minh chứng cho tên

“mặt cất kinh tẾ" được dành cho dang mặt cắt hình da gic Tuy nhiên, với trường

hợp nên tương đối yếu (F0,5) thì điều này không hoàn toàn đúng nữa Do vậy trong thực thé thiết kế các dang đập trên nén tương đối yêu, có thể không cin xét đến

dang mặt cắt đa giác.

2.6, Kết luận chương 2.

Trong chương 2 đã tình bày cơ sở lý luận xác định kích thước mặt cắt đập

bê lông trọng lực thoả mãn đồng thời các yêu cầu v8 ổn định và độ bin cho hai dang mặt cất chỉnh: mặt cắt eo bản dạng tam giác và mặt cắt cơ bản dạng da “Tiến hành tính toán cho thấy các đập với hệ số ma sát nén khác nhau, chiều cao đập

khác nhau Kết quả đạt được như sau:

-Thiét lập được quan bệ n~f, h của đập có mặt cắt cơ bản hình tam giác ( hình 2-5) thoả mãn đồng thời điều kiện én định và độ bền Kết quả tỉnh toán cho

thấy nỀn đập căng yéu (nhỏ) thì cing phải tăng độ nghiêng mai thượng lưu để tận

dụng trọng lượng khối nước trên mái thượng lưu, làm tăng én định đập.

“Tht lập được quan hệ Bf, hota đập có mặt cắt cơ bản li hình tam giác (hình 2-6) Có thé thấy là ứng với 1 giá trị của f, quan hệ B~h gần như là tuyến tính.

- Xác định được các tị số & m,n hep lý cho các đập có chiều cao khác nhau,

trên nn có hệ số ma sắt khác nhau (bảng 2-5 đến bảng 2-8), làm cơ sở để lựa chọn

nhanh bình dang và kích thước mặt cắt trong giai đoạn thiết ké sơ bộ đập.

- Tứ kết quả tỉnh toán cho 2 dang mặt cắt (tam giác và đa giác) cho thấy về co bản dạng mặt cắt đa giác cho diện ích mặt cắt nhỏ hơn khí thoả mãn đồng thời điều kiện ẫn định và độ bin, Tuy nhiên điều kiện này chỉ xét trên mặt cất tiếp giáp gila

đập vi nên Trong phần tính toán tiếp theo cin phải xét đến mặt ct ngang khác, đặc

biệt là tại các vị trí thay đổi hệ số mái, vị trí giảm yếu của mặt cắt